DE2518799A1 - Verfahren zum herstellen einer hydraulisch erhaertenden mischung - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch erhärtenden Zq

  eis chung

  Die Erfindung betrifft eine Bindemittelkomposition, die schnell hydraulisch erstarrt und früh hohe Festigkeit bildet.
• Im Bauwesen ist ein großer latenter Bedarf für schnell erhärtende Zemente vorhanden. Dieser ist vorallem bedingt durch die fortschreitende Industrialisierung der Betonfertigteilindustrie, wo die schnell erhärtenden Zemente benötigt werden zur Herstellung von Betonprodukten im Bließbandprozeß, aber auch in sehr großen Mengen Verwendung finden als Spritzbeton z.3.im Stollen- und Tunnelbau.
• Auch das Bemühen der Bauindustrie, während der Wintermonate bei Frostwetter kontinuierlich durcharbeiten zu können, wird zum Teil durch die langsamen Abbindeeigenschaften des gegenwärtig verwendeten Portlandsements zunichte gemacht, da angewärmte Betonmischungen durchfrieren, bevor sie ausreichende Festigkeiten erreichen.
• Ein rasch festigkeitsbildender Zement wäre hier von Vorteil und brächte großen volkswirtschaftlichen Nutzen.
• Ein Charakteristikum von Portlandzement besteht darin, daß nach einem Mischen desselben mit Wasser dieser in ein Endprodukt abbindet, das eine beträchtliche Festigkeit aufweist. Jedoch besitzen solche Zusammensetzungen die Eigenschaft, daß die Abbindezeit im Vergleich mit anderen zementartigen Produkten sehr langsam ist, und daß die Anfangsabbindefestigkeit des Produkts niedrig ist und während der Abbindeperiode nur verhältnismäßig langsam ansteigt.
• Diese relativ langsamen Abbindeeigenschaften des gegenwärtig verwendeten Portlandzements und der Portlandzementbetone haben zur Folge, daß der Zyklus für die Formherstellung, das Gießen und die Ausformung von Beton mindestens einen und gewöhnlich mehrere Tage benötigt. Ein Portlandzement, dessen Abbindezeit gesteuert werden könnte, würde das Bauverfahren beschleunigen. Es besteht auch ein großer Bedarf an rasch abbindendem Beton in Betonherstellungsanlagen, in denen solche Produkte wie Blöcke, Rohre, architektonische Verkleidungen, Binder, Säulen, extrudierte Produkte und verschiedene Arten von Betonskulpturen hergestellt werden. Wenn z.B in einer solchen Anlage das rasche Abbinden eine drei- oder viermalige Verwendung pro Tag anstelle einer einmaligen Verwendung pro Tag erlauben würde, so würde dies einen Hauptteil der Eapitalinvestitionen auf ein Drittel bis ein Viertel senken. Bei gewissen speziellen VerweIldungen wie z.B. bei der Ausbesserung von Flughafenlandebahnen wäre es erwünscht, daß ein Portlandzementbeton zur Verfügung stünde, der in einer kürzeren Zeit als bisher möglich gegossen, abgezogen und ausreichend gehärtet werden könnte.
• In den meisten dieser Fälle würde das rasche Abbinden und Aushärten von Beton viele Schwierigkeiten vermeiden, die mit einem herkömmlich langsam abbinden Beton verbunden sind. In vielen Fällen würde dies die Notwendigkeit für ausgedehnte Feuchthärtungszeiten verringern, wo der Beton zum Zwecke der Feuchthaltung bedeckt oder bespritzt usw. werden muß.
• Es sind bereits eine gewisse Anzahl von Mitteln (sogenannte Betonzusatzmittel) bekannt, die den üblichen Portlandzement schnell erstarren lassen. Diese sind unter der Bezeichnung "Erstarrungsbeschleuniger" im Baustoffhandel erhältlich. Diese Beschleuniger beschleunigen das Erstarren und Erhärten des Betons - gemessen an praktischen Belangen - jedoch nur unwesentlich. Stark wirkende Beschleuniger bewirken eine Korrosion der Bewehrungsstähle, sodaß sie sich, abgesehen von Sondergebieten des Bauwesens, nicht durchsetzen konnten.
• Ferner sind in der Praxis für engbegrenzte Anwendungsbereiche schnell erhärtende Zemente bekannt, vorallem der sogen. Diibelzement, der aus einer Mischung aus Tonerdeschmelzzement und normalem Zement besteht (siehe z.B. H.Kühl, "Zement-Chemie", VEB Verlag, Technik, Berlin). Wie der Name dieses Zements andeutet, wird er fast ausschließlich zum Setzen von Dübeln verwendet. Die kurze Erstarrungszeit dieser Zemente - 3 bis 5 Minuten, nachdem sie mit Wasser angemacht wurden - läßt sie für eine praktische Verwendung im allgemeinen Betonbau ausscheiden.
• Ähnliches gilt für modifizierte Portlandzemente, die als beschleunigend wirkende Klinkerphase ein Kalziumhalogenaluminat gemäß der Dt OS 1929684 und der Dt OS 2124670 enthalten und unter dem Namen nRegulated Set Cement" in der Fachwelt bekannt geworden sind. Diese Zemente besitzen jedoch nur unwesentlich langere-mögliche Verarbeitungszeiten als die Lübelzemente (ca. 10 bis 15 Minuten) und konnten sich daher ebenfalls in der Praxis nicht durchsetzen.
• Es besteht jedoch z.B.die Möglichkeit, trockenen Kiessand mit jeweils einem der beiden oben genannten Schnellzemente (Dübelzement, Kalziumhalogenaluminatzement) zu vermischen und gemäß dem bekannten Trockenspritzverfahren als Spritzbeton zu verarbeiten. Bei diesem Verfahren wird die absolut trockene und daher unbegrenzt lagerfähige Kiessand-Zement-Vormischung pneumatisch in einer Spezialanlage gefördert und - nachdem im letzten Augenblick der Handhabung in der Spritzdüse Wasser zugegeben wurde - als homogene, feuchte und hydraulisch erhärtende Betonmischung verspritzt. Bedingt durch den trockenen Einsatz der Kiessand-Zement-Vormischung und der Wasserzugabe in einer Spezialdüse wenige Zehntelsekunden vor dem endgültigen Einbau der fertigen Betonmischung ist die rasche Erstarrungszeit der verwendeten Zemente unschädlich.
• Hygienische Grunde - beim Trockenspritzverfahren entsteht bei Verwendung von absolut trockenem Kies sand-Zement-Material immer etwas Staub - lassen dieses Verfahren in gesundheitlich - arbeitstechnischer Hinsicht bedenklich erscheinen.
• Ferner entstehen erhebliche Kosten bei der Trocknung des in der Natur immer feucht gewonnenen Kiessandes. Dieser mußte aus wirtschaftlichen Gründen unbedingt auch naturfeucht verwendet werden.
• Modellrechnungen und praktische Ausführungen zeigen, daß allein der Trocknungsvorgang des Kiessandes dieses Verfahren unwirtschaftlich macht, sodaß es seine praktische Bedeutung verliert.
• In Stichworten seien anschließend die Hauptnachteile der bisher bekannten Schnellzemente genannt: Zu geringe mögliche Verarbeitungszeit, daher Transport und Verarbeitung des frischen Betons zeitlich kaum möglich.
• Die Schnellzemente reagieren schon mit -'der Eigenfeu:chte naturfeuchter Zuschlagmaterialien. Eine Trocknung des Zuschlags kommt aufgrund wirtschaftlicher Überlegungen in der Praxis nicht in Betracht.
• Da immer ganze Mischchargen sofort verarbeitet werden müssen ist eine Anpassung an den stoßweisen Bedarf schlecht möglich.
• Aufgrund der raschen Festigkeitsentwicklung der Schnellzementbetone entstehen bei Dauerbetrieb Betonanbachungen an Misch-und Förderwerkzeugen, die bald zu Betriebsstörungen führen.
• Bei den erfahrungsgemäß unvermeidbaren Maschinenstörungen und anschließendem Hartwerden des nicht ausgetragenen Betons treten ernste Schwierigkeiten auf, z.B.Totalverlust von Aggregaten schon bei relativ harmlosen Fehlern, die bei Verwendung von normalem Portlandzement unerheblich sind.
• Bei schon geringer Verzögerung der Erstarrungszeit, die eine längere Handhabungszeit des Betons bewirken soll, ist die Festigkeitsentwicklung gleichermaßen derart verzögert, daß diese Zemente nur noch unwesentliche Vorteile gegenüber normalem Portlandzement bieten.
• Zusätzliche Erwärmung - z.B.beim Einsatz für den Winterbau erforderlich - führt zu einer weiteren drastischen Reduzierung der ohnehin schon kurzen Verarbeitungszeit.
• Andererseits bewirken tiefe Temperaturen unterf10°C (z.B.beim Winterbau) eine starke Verzögerung der Reaktionsfähigkeit dieser Zemente, sodaß der "Schnelleffekt" sehr stark verblaßt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulisch erhärtende Bindemittelkomposition zu finden, die als Bereitstellungsmischung vor dem endgültigen Einbau in der Praxis ausreichend lang verarbeitbar ist, andererseits nach dem Einbau rasch Festigkeit bildet. Eine Vormischung ~oder eine Teilvormischung mit feuchtem Kiessand soll dabei nicht zu frühzeitigem Erstarren der Vormischung führen.
• Eine Lösung dieser Aufgabe konnte überraschenderweise dadurch gefunden werden, daß man einer noch nicht erstarrten normalen, feuchten Portlandzementbetonmischung eine Suspension oder Beton-£cflJ/ mischung mit Tonerdeschmelzzementyoder Kalziumhalogenaluminatzement als Bindemittel zumischt.
• Dies kann z.B.dadurch geschehen, daß man in ein Trockenspritzgerät eine Vormischung aus naturfeuchtem Kiessand und normalem Portlandzement aufgibt,anstelle des Zugabewassers in der Spezialdüse jedoch eine Suspension aus Tonerdeschmelzzement plus Zugabewasser zudüst. Sowohl die Portlandzementmischung als auch die Suspension allein haben Erstarrungszeiten von ca. 90 Minuten. Entsprechend vermengt erstarren sie jedoch in einem Gemischsdas z.B. aus 80 Teilen Portlandzement und 20 Teilen Tonerdeschmelzzement besteht,innerhalb von 7 Minuten.
• Eine weitere Möglichkeit des Zusammenmischens besteht - z.B.in Betonfertigteilwerken - darin, daß normaler Portlandzementbeton beispielsweise zu Beginn einer Förderschnecke mit einer Suspension aus Kalziumhalogenaluminatzement und Wasser geimpft wird, ansch2bssend beim Fördervorgang in der Schnecke gemischt wird, und das ausgetragene Material dann die gewünschten schnell bindenden Eigenschaften besitzt. Da nur unerheblich viel Material in der Förderschnecke verbleibt, kann mit dieser Methode stoßweiser Bedarf ohne Schwierigkeiten gedeckt werden.
• Nachstehend werden die wesentlichsten Vorteile des neuen Verfahrens genannt: Die Bereitstellungsmischungen aus Portlandzement und Aluminatzementen sind für sich jeweils ausreichend lange verarbeitbar.
• Dadurch werden Bereitstellungsmischungen auch aus feuchtem Kiessand möglich.
• Maschinenstörungen bei Spritzgeräten enden nicht problematisch, da keine rasch erhärtenden Massen im Gerät vorhanden sind.
• Da beim Trockenspritzverfahren die Aufgabemischung leicht feucht sein kann (z.B.durch naturfeuchten Zuschlag), entsteht keine Staubentwicklung beim Spritzvorgang und besteht gleichzeitig eine geringere Entmischungsneigung.
• Eine oder mehrere der Vormischungen können zusätzlich erwärmt werden, wodurch Winterbetonierarbeiten auch bei strengem Frost möglich sind. Die bald einsetzende rasche Festigkeitsentwicklung setzt - durch die chemische Reaktion bedingt - zusätzliche Wärmemengen frei, sodaß ein Auskühlen der Betonmasse, bevor diese ausreichende Festigkeit gewonnen hat, vermieden wird.
• Gleiche Verhältnisse liegen bei Frostkörpern (Dauerfrost, Vereisung von wasserführenden Böden im Stollenbau) vor.
• Stoßweiser Bedarf bei Spritzbetonarbeiten kann befriedigt werden. Wartezeiten bedingen keine absolut leeren Beton-Vorratsbehälter des Spritzgeräts, da die Bereitstellungsmischungen für sich ausreichend lange verarbeitbar sind.
• Der Portlandzementbeton - als Hauptbestandteil der schnell härtenden Mischung - kann z.B.aus parallelen Produktionszweigen entnommen werden, bei denen keine Schnellhärtung erforderlich ist; daher wird eine gesonderte Mischanlage entbehrlich.
• Anhand einiger Beispiele soll der erfinderische Gedanke näher erläutert und verdeutlicht werden: Beisiel 1 Schnellhärtende Betonmischung zum Herstellen eines Fertigteils Zusammensetzung: Bereitstellungsmischung 1 normale Portlandzementbetonmischung: Zementgehalt: 300 kg/m) PZ 450F Wasserzementwert: 0,5 Kiessand: Körnung 0 - 32 mm Bereitstellungsmischung II Tonerdeschmelzzementsuspensicn mit Wasserzementwert: 0,4 Ca.50 Minuten nach Herstellung der Bereitstellungsmisohungen I und II wurden diese in einem über der Bertigteilschalung befindlichen kleinen Mischer zusammengemischt und unmittelbar in die Schalung entleert. Die so gewonnene Betonmischung erstarrte ca.
• 3 Minuten nach dem Zusammenmischen. Probewürfel nach DIN 1048 brachten folgende Betondruckfestigkeiten:

  Alter nach dem Druckfestigkeit

  Zusammenmischen kg!cm2

  1 Std. 45

  2 Std. 95

  7 Tage 335

  28 Tage 360

  Das Bauteil konnte nach 2 Stunden entfernt und transportiert werden.
• B e i s p i e l 2 Schnell härtender Spritzbeton.
• Zusammensetzung: BereitatellungsmischunE I nach separater Vormischung zur Aufgabe in den Vorratsbhälter der Trockenspritzmaschine; normale Portlandzementbet onmi s chung mit naturfeuchtem Kies sand: Zementgehalt: 300 kg/m3 PZ 450F Kies sand: Körnung 0 - 8 mm, naturfeucht ca.5 Gew.-% Eigenfeuchte Bisher bekannte Schnell zemente hätten mit dem in der Kiessandmischung enthaltenen Wasseranteil rasch reagiert und die Mischung unbrauchbar gemacht.
• Bereitstellunasmischung II Suspension der Zusammensetzung: 100 Gewichtsteile Wasser, 75 Gewichtsteile Kalziumhalogenaluminatzement mit über 96 Gew.-% der Klinkerphase 11 Ca 0.
• 7 A1203 CaF2 als Hauptbestandteil.
• Die Suspension wurde wie bisher das Zugabewasser, mittels Tauchpumpe und Schlauchleitung der Sprit düse zugeführt, ohne daß an dem Spritzgerät irgendwelche Veränderungen vorgenommen werden mußten Die Suspension ersetzt das sonst übliche reine Wasser.
• Die gespritzte Betonmischung wies folgende Eigenschaften auf: Keine Staubentwicklung beim Spritzen; Erstarren: ca.2 Minuten mögliche Verarbeitung der Bereitstellungsmischung: 1 Stunde; mittels Prellhammer wurden folgende Druckfestigkeiten ermittelt: nach 1 Std. 50 kg/cm2 nach 2 Std. 100 kg/cm2 nach 28 Tagen 340 kg/cm2 Durch geeignete in der Fachwelt bekannte Beschleuniger (z.B.Wasserglas- oder Kalkhydratzugabe zur Portlandzementmischung) ließen sich noch kürzere Erstarrungszeiten und noch raschere Festigkeitsentwicklung erzielen.
• B e i s p i e l 3 Spritzbeton im Winterbau.
• Zusammensetzung der Bereitstellungsmischungen wie in Beispiel 2.
• Temperaturen: Portlandzement-Kiessandmischung: 1500 Suspension: 35°C Schalung (14 cm starke Wand): - 6°C Umgebungstemperatur: - 600 Die Wand aus normaler Holzschalung wurde mir Spritzbeton gefüllt.
• Die Frischbetontemperatur beträgt 20°C.
• Die Erstarrung der Mischung erfolgt nach 5 Minuten.
• Betondruckfestigkeiten:

  Alter nach dem zugehörige Tempera- Druckfestig-

  Zusammenmischen tur des Betons °C keit kg/cm2

  1 Std. 25 45

  2 Std. 26 85

  Std. 2 103

Claims (17)

1. Patentansprüche 3/ Verfahren zum Herstellen einer hydraulisch erhärtenden Mischung, insbesondere einer Betonmischung, dadurch gekennzeichnet, daß man einererstenVormischung (sogenannte Bereitstellungsmischung) aus normalem Portlandzement und Wasser, gegebenenfalls mit einem Gehalt an Kies, Sand, an sich bekannten Zusatzmitteln bzw, Zusatzstoffen vor dem jeweiligen Erstarrungsbeginn eine weitere Vormischungsbestehend aus Tonerdeschmelzzement (TSZ) und/oder einem Zement mit überwiegender Klinkerphase der Art 11 CaO.7A1203.CaX2 zu CaX (Kalziumhalogenaluminatzement, CHZ) wobei das Symbol X, Chlor, Fluor, Brom oder Jod bedeutet sowie Wasser und gegebenenfalls Kies zumischt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als weitere Vormischung Kalziumfluoraluminat der Formel 11 CaO.

   7A1203 CaF2 nebst Wasser und gegebenenfalls Kies zumischt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden Vormischungen in Anteile zerlegt und die einzelnen Anteile getrennt zugibt.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine oder mehrere Vormischungen trocken, d.h. ohne Wasser zugibt und die anderen Vormischungen das gesamte erforderliche Anmachwasser beinhalten.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Vormischungen eingesetzt werden, die grubenfeuchten Kiessand enthalten,während die anderen Vormischungen das Zugabewasser enthalten.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der jeweils anderen Zementarten zwischen 0 und 100 % liegt, vorzugsweise in dem aus der Literatur bekannten günstigen Anregungsbereich, nämlich zwischen 20 und 35 %.
7. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren gegenseitigen Anregung der die Komponenten bildenden Zemente von der Dübelzementherstellung her in der Wirkung bekannte Stoffe einer oder getrennt mehreren Vormischungen zugesetzt werden wie Ca(OH)2 zwischen 15 und 0 % des gesamten Bindemittelgehaltes oder Ealziumzinkat, Weinsäure, Kalziumligninsulfonat, Wasserglasqund zwar in den bekannten entsprechend wirkenden Dosierungen ferner auch Zusätze von Gips oder Anhydrit.
8. 8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammenmischen der Vormischungen der Erstarrungszeitpunkt der Gesamtmischung bei 200C zwischen 10 Sekunden und 70 Minuten eingestellt wird.
9. 9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch an sich bekannte Beschleuniger in einer oder mehreren Vormischungen und in entsprechender Dosierung der Erstarrungszeitpunkt der Gesamtmischung herabgesetzt und/oder die Festigkeitsentwicklung beschleunigt wird; gegebenenfalls unter Eompensation des verzögernden Einflusses tiefer Temperaturen, wie durch Zugabe von Kalziumchlorid, Soda oder Natriumfluoril.
10. 10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Zwecke der Beschleunigung eine oder mehrere Vormischungen vorwärmt und sodann einsetzt.
11. 11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung einer oder mehrerer Vormischungen das rasche hydraulische Erhärten der verarbeiteten Gesamtmischung bei Temperaturen unter +10°O, jedoch vorzugsweise bei weit unter O°C bewirkt, gegebenenfalls unter Ermöglichen eines sinnvollen Spritzens auf Frostkörper, wie zum Beispiel im U-Bahnbau.
12. 12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennseichnet, daß durch Zumischen an sich bekannter Verzögerer in einer oder mehreren Vormischungen außschließlich oder überwiegend die mögliche Bereitstellungszeit der jeweiligen Vormischung verlängert wird, beispielsweise durch Zumischen von Zitronensäure, organischen Stoffen wie Zucker.
13. 13, Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet9 daß man durch Verwendung an sich bekannter Verzögerer in einer oder mehreren Vormischungen den Erstarrungszeitpunkt der Gesamtmischung hinausschiebt, beispielsweise durch den Einsatz von Na2B0407, Zitronensäure oder Seignettesalz.
14. 14. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerer-Zumischung zu einer angewärmten Vormischung zwar die mögliche Handhabungszeit der Vormischung verlängert, jedoch auf die Gesamtmischung keinen verzögernden Einfluß ausübt.
15. 15. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der W/Z-Wert des Gesamtbindemittelgehalts 0,2 bis 1,0 vorzugsweise 0,3 bis 0,5 beträgt, wobei in den Vormischungen der W/Z-Wert gegebenenfalls wesentlich höher liegt,
16. 16. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zusammenmischen der Vormischung in an sich bekannten Mischern, gegebenenfalls auch in kontinuierlichen Mischernldurchführt,
17. 17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16,dadurch gekennzeichnet, dass man die Vormischungen getrennt aus mehreren Spritzbetondüsen abereinanderspritzt,sodass die Gesamt,mischung während des Fluges in der Luft oder an der Prallfläche entsteht.